(一)RPA-LFD 检测体系的建立
靶标基因: 选择线粒体 ND2 基因作为靶标,因其进化速度快,适合物种鉴定。
引物探针筛选: 设计了一对引物 (HLRPAF/HLRPAR) 和三条探针 (P1, P2, P3)。通过筛选发现,组合 P3/HLRPAF/HLRPAR 表现最佳,完全没有假阳性信号,被用于后续实验。
图2. 筛选最佳引物和探针组合的阴性实验。每个组合有三个重复。NGV,归一化灰度值;+,阳性结果;-,阴性结果。
(二)特异性与灵敏度评估
特异性:对长林小蠹的 4 个地理种群以及 9 种非靶标物种(如纵坑切梢小蠹 Tomicus piniperda、红脂大小蠹 Dendroctonus valens 等)进行了测试。结果显示,仅长林小蠹样品呈阳性(显示两条红线),其他物种均为阴性,表明该方法特异性极高。
灵敏度:检测限低至 10 fg/µL 的质粒 DNA;即使在混合了其他物种 DNA(比例 1:10 或 1:20)的情况下,仍能准确检测出长林小蠹。
图3. RPA-LFD 检测的特异性和灵敏度。(A) RPA-LFD 检测的特异性。 (B) RPA-LFD 检测的灵敏度。 (C) 混合 DNA 样本的检测结果。PS/NST,阳性结果 (PS) 与测试样本数量 (NST) 之比;NGV,归一化灰度值;+,阳性结果;-,阴性结果。
(三)野外现场应用验证
野外流程: 研究在山东烟台牟平区的沿海防护林进行了现场测试。使用便携式恒温金属浴、锂电池组和简化的粗 DNA 提取试剂盒。
(粗 DNA 提取 (10 min, 40°C) →RPA 扩增 (10 min, 38°C) → LFD 显色 (3-5 min)。全过程约 31.5 ± 3.2 分钟)
检测样本: 测试了成虫、幼虫、蛹以及虫体残骸。
准确率: 与实验室 DNA 条形码测序结果对比,RPA-LFD 在野外对成功提取 DNA 的样本(幼虫、蛹、成虫体液)识别准确率达到 100%。(仅有的失败案例是来自昆虫鞘翅的样本,原因是无法从中提取出足够的粗 DNA)
图1.图 1. RPA-LFD 检测在野外的现场应用。(A) 长林小蠹的快速鉴定及其在野外的应用效果。 (B) RPA-LFD 检测野外应用地点的坐标。一些地点位置相近,在地图上可能重叠。 (C) 带有新鲜虫粪和明显羽化孔的目标原木(剥去树皮,用镊子小心采集昆虫样本)。 (D) 野外操作所需的设备和反应试剂。
(四)环境因素的影响
温度和湿度对结果无显著影响,但风速与 LFD 的显色强度呈显著负相关 (P=0.003)。风速过大可能会加速层析过程,导致检测线颜色变浅,建议野外操作时避风。
图4. 风速与 LFD 结果之间的相关性。